哈尔滨工业大学研究生，哈尔滨工业大学研究生夏令营
圆偏振光的超紧凑光源对于经典和量子光学信息处理非常重要。用于产生手性发射的传统方法仅限于激发功率范围，并且无法提供具有完美偏振转换的高质量辐射。
2022年9月8日，哈尔滨工业大学宋清海及澳大利亚国立大学Yuri Kivshar共同通讯在Science 在线发表题为“Chiral emission from resonant metasurfaces”的研究论文，该研究使用手性准连续域束缚态（bound states in the continuum, BICs）实现了从自发辐射到激光的高纯度、高方向性与高Q值圆偏振光发射。
利用内在手性和巨场增强，该研究揭示了如何在没有任何自旋注入的情况下同时修改和控制光致发光和激光的光谱、辐射模式和自旋角动量。手性发射和激光的优异特性有望在纳米光子学和量子光学中获得多种应用。
另外，2022年8月18日，哈尔滨工业大学黄志伟团队在Science 在线发表题为“Cryo-EM structures of two human B cell receptor isotypes”的研究论文，该研究确定了人 IgG-BCR 和 IgM-BCR 的冷冻电子显微镜 (cryo-EM) 结构，它们由 1:1 化学计量的膜结合免疫球蛋白分子 (mIg) 和 Igα/β 亚基组成。两种 BCR 复合物的组装涉及它们的细胞外结构域、膜近端连接肽和跨膜 (TM) 螺旋。mIgG 和 mIgM 的 TM 螺旋与 Igα/β TM 螺旋共享一组保守的疏水和极性相互作用。相比之下，IgG-Cγ3 和 IgM-Cμ4 结构域分别通过头对尾和并排模式与 Igα/β 的细胞外 Ig 样结构域相互作用。这项工作揭示了 BCR 组装的结构基础，并提供了对 BCR 触发的见解。
2022年6月29日，哈尔滨工业大学李惠，徐翔和加州大学洛杉矶分校段镶锋共同通讯在Nature 在线发表题为“Hypocrystalline ceramic aerogels for thermal insulation at extreme conditions”的研究论文，该研究报告了具有锯齿形结构的亚晶锆石纳米纤维气凝胶的多尺度设计，可在高温下实现出色的热机械稳定性和超低热导率。气凝胶显示出接近零的泊松比（3.3 × 10−4）和接近零的热膨胀系数（1.2 × 10−7/摄氏度），确保了出色的结构灵活性和热机械性能。它们在剧烈热冲击后表现出高热稳定性和超低强度退化（小于 1%），以及高工作温度（高达 1,300° 摄氏度）。通过在成分次晶锆石纤维中截留残余碳物质，大大减少了热辐射传热，并实现了迄今为止陶瓷气凝胶中最低的高温热导率之一——在 1,000°C 时每米每开尔文 104° 毫瓦。热机械和隔热性能相结合，为极端条件下的坚固隔热提供了有吸引力的材料系统。
2022年4月21日，西安交通大学李飞，哈尔滨工业大学田浩及卧龙岗大学张树君共同通讯在Science 在线发表题为“Ferroelectric crystals with giant electro-optic property enabling ultracompact Q-switches”的研究论文，该研究通过铁电相、晶体取向和极化技术的协同设计，成功去除了所有光散射畴壁，并在增透膜涂层晶体中实现了 99.6% 的极高透射率，具有 900 pm V−1的超高 EO 系数 r33 ，比传统使用的 EO 晶体高 >30 倍。使用这些晶体，该研究制造了需要极低驱动电压的超紧凑型 EO Q 开关，其性能优于商业 Q 开关。这些材料的开发对于 EO 器件的便携性和低驱动电压具有重要意义。
当代光学的主要目标之一是以超紧凑的形式有效地控制光发射的偏振态。该领域的进展依赖于手性材料和手性光学腔演示的持续突破。手性材料已被深入探索，最近通过应用电或光学自旋注入在室温下证明了具有 0.95 度偏振 (DOP) 的光的发射。手性光学微腔和纳米腔的研究稍显落后。
通过构建没有时间反转对称性的超表面，可以打破左右圆极化之间的平衡。因此，在没有自旋注入的情况下，活性纳米结构也可以实现 DOP 值高达 0.81 的圆极化自发发射。然而，所有传统方法都存在不相干宽带发射、有限 DOP 和大辐射角的问题。因此，它们的实际应用受到低效率和能量浪费到不希望的惯用手性和排放方向的阻碍。
尽管已经证明了手性微激光器，但大的 DOP 仅出现在特定的功率范围内，并且它们的亚阈值性能大幅下降。目前还没有有效的策略以超紧凑的形式同时控制手性光致发光和手性激光。
共振手性超表面（图源自Science ）
为了应对这些挑战，研究人员使用了手性准连续域束缚态 (BIC) 的物理学，这是一种可以在无限长时间内将光定位在辐射连续体中的特殊状态。在物理系统中，BIC 表现为具有有限但仍然非常大的质量 (Q) 因子的准 BIC，从而实现了光的限制和辐射的独特特征，这些特征已成功用于提高纳米光子器件的性能，包括单向发射、超快控制和创纪录的高次谐波产生。最近，手性场与准 BIC 之间的关系被揭示，理论上提出了构建具有本征手性的准 BIC，使得光学准 BIC 对手性器件非常有吸引力。
该研究使用手性准连续域束缚态（bound states in the continuum, BICs）实现了从自发辐射到激光的高纯度、高方向性与高Q值圆偏振光发射。利用内在手性和巨场增强，该研究揭示了如何在没有任何自旋注入的情况下同时修改和控制光致发光和激光的光谱、辐射模式和自旋角动量。 手性发射和激光的优异特性有望在纳米光子学和量子光学中获得多种应用。
该论文第一作者为哈尔滨工业大学博士生张旭东，由哈尔滨工业大学与澳大利亚国立大学合作完成，第一完成单位为哈尔滨工业大学，通讯作者为深圳校区宋清海教授与澳大利亚国立大学尤里·基夫沙尔教授。该项研究得到了国家自然科学基金委、科技部、深圳市科创委、微纳光电信息系统理论与技术工信部重点实验室、鹏城实验室、极端光学协同创新中心等单位的支持。
参考消息：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq7870
哈尔滨工业大学研究生(哈尔滨工业大学研究生夏令营)
